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      25-Mutex | Justin-刘清政的博客
    
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  <h2>25-Mutex</h2>



  <p class="post-date">2019-03-10</p>
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  <article class="post-article">
    <section class="markdown-content"><h2 id="临界区"><a href="#临界区" class="headerlink" title="临界区"></a>临界区</h2><p>在学习 Mutex 之前，我们需要理解并发编程中临界区（Critical Section）的概念。当程序并发地运行时，多个 [Go 协程]不应该同时访问那些修改共享资源的代码。这些修改共享资源的代码称为临界区。例如，假设我们有一段代码，将一个变量 <code>x</code> 自增 1。  </p>
<figure class="highlight go"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line">x = x + <span class="number">1</span></span><br></pre></td></tr></table></figure>

<p>如果只有一个 Go 协程访问上面的代码段，那都没有任何问题。  </p>
<p>但当有多个协程并发运行时，代码却会出错，让我们看看究竟是为什么吧。简单起见，假设在一行代码的前面，我们已经运行了两个 Go 协程。  </p>
<p>在上一行代码的内部，系统执行程序时分为如下几个步骤（这里其实还有很多包括寄存器的技术细节，以及加法的工作原理等，但对于我们的系列教程，只需认为只有三个步骤就好了）：  </p>
<ol>
<li>获得 x 的当前值</li>
<li>计算 x + 1</li>
<li>将步骤 2 计算得到的值赋值给 x</li>
</ol>
<p>如果只有一个协程执行上面的三个步骤，不会有问题。  </p>
<p>我们讨论一下当有两个并发的协程执行该代码时，会发生什么。下图描述了当两个协程并发地访问代码行 <code>x = x + 1</code> 时，可能出现的一种情况。 </p>
<p><img src="/Users/liuqingzheng/Desktop/go%E7%B3%BB%E5%88%97%E6%95%99%E7%A8%8B/image-20190210180333643.png" alt="image-20190210180333643"></p>
<p>我们假设 <code>x</code> 的初始值为 0。而协程 1 获取 <code>x</code> 的初始值，并计算 <code>x + 1</code>。而在协程 1 将计算值赋值给 <code>x</code> 之前，系统上下文切换到了协程 2。于是，协程 2 获取了 <code>x</code> 的初始值（依然为 0），并计算 <code>x + 1</code>。接着系统上下文又切换回了协程 1。现在，协程 1 将计算值 1 赋值给 <code>x</code>，因此 <code>x</code> 等于 1。然后，协程 2 继续开始执行，把计算值（依然是 1）复制给了 <code>x</code>，因此在所有协程执行完毕之后，<code>x</code> 都等于 1。  </p>
<p>现在我们考虑另外一种可能发生的情况。  </p>
<p><img src="/Users/liuqingzheng/Desktop/go%E7%B3%BB%E5%88%97%E6%95%99%E7%A8%8B/image-20190210180428162.png" alt="image-20190210180428162">  </p>
<p>在上面的情形里，协程 1 开始执行，完成了三个步骤后结束，因此 <code>x</code> 的值等于 1。接着，开始执行协程 2。目前 <code>x</code> 的值等于 1。而当协程 2 执行完毕时，<code>x</code> 的值等于 2。  </p>
<p>所以，从这两个例子你可以发现，根据上下文切换的不同情形，<code>x</code> 的最终值是 1 或者 2。这种不太理想的情况称为竞态条件（Race Condition），其程序的输出是由协程的执行顺序决定的。  </p>
<p><strong>在上例中，如果在任意时刻只允许一个 Go 协程访问临界区，那么就可以避免竞态条件。而使用 Mutex 可以达到这个目的</strong>。  </p>
<h2 id="Mutex"><a href="#Mutex" class="headerlink" title="Mutex"></a>Mutex</h2><p>Mutex 用于提供一种加锁机制（Locking Mechanism），可确保在某时刻只有一个协程在临界区运行，以防止出现竞态条件。  </p>
<p>Mutex 可以在 [sync] 包内找到。[Mutex] 定义了两个方法：[Lock]和 [Unlock](。所有在 <code>Lock</code> 和 <code>Unlock</code> 之间的代码，都只能由一个 Go 协程执行，于是就可以避免竞态条件。  </p>
<figure class="highlight go"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line">mutex.Lock()  </span><br><span class="line">x = x + <span class="number">1</span>  </span><br><span class="line">mutex.Unlock()</span><br></pre></td></tr></table></figure>

<p>在上面的代码中，<code>x = x + 1</code> 只能由一个 Go 协程执行，因此避免了竞态条件。  </p>
<p>如果有一个 Go 协程已经持有了锁（Lock），当其他协程试图获得该锁时，这些协程会被阻塞，直到 Mutex 解除锁定为止。  </p>
<h2 id="含有竞态条件的程序"><a href="#含有竞态条件的程序" class="headerlink" title="含有竞态条件的程序"></a>含有竞态条件的程序</h2><p>在本节里，我们会编写一个含有竞态条件的程序，而在接下来一节，我们再修复竞态条件的问题。  </p>
<figure class="highlight go"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br><span class="line">4</span><br><span class="line">5</span><br><span class="line">6</span><br><span class="line">7</span><br><span class="line">8</span><br><span class="line">9</span><br><span class="line">10</span><br><span class="line">11</span><br><span class="line">12</span><br><span class="line">13</span><br><span class="line">14</span><br><span class="line">15</span><br><span class="line">16</span><br><span class="line">17</span><br><span class="line">18</span><br><span class="line">19</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line"><span class="keyword">package</span> main  </span><br><span class="line"><span class="keyword">import</span> (  </span><br><span class="line">    <span class="string">"fmt"</span></span><br><span class="line">    <span class="string">"sync"</span></span><br><span class="line">    )</span><br><span class="line"><span class="keyword">var</span> x  = <span class="number">0</span>  </span><br><span class="line"><span class="function"><span class="keyword">func</span> <span class="title">increment</span><span class="params">(wg *sync.WaitGroup)</span></span> &#123;  </span><br><span class="line">    x = x + <span class="number">1</span></span><br><span class="line">    wg.Done()</span><br><span class="line">&#125;</span><br><span class="line"><span class="function"><span class="keyword">func</span> <span class="title">main</span><span class="params">()</span></span> &#123;  </span><br><span class="line">    <span class="keyword">var</span> w sync.WaitGroup</span><br><span class="line">    <span class="keyword">for</span> i := <span class="number">0</span>; i &lt; <span class="number">1000</span>; i++ &#123;</span><br><span class="line">        w.Add(<span class="number">1</span>)        </span><br><span class="line">        <span class="keyword">go</span> increment(&amp;w)</span><br><span class="line">    &#125;</span><br><span class="line">    w.Wait()</span><br><span class="line">    fmt.Println(<span class="string">"final value of x"</span>, x)</span><br><span class="line">&#125;</span><br></pre></td></tr></table></figure>

<p>在上述程序里，第 7 行的 <code>increment</code> 函数把 <code>x</code> 的值加 1，并调用 [WaitGroup] 的 <code>Done()</code>，通知该函数已结束。  </p>
<p>在上述程序的第 15 行，我们生成了 1000 个 <code>increment</code> 协程。每个 Go 协程并发地运行，由于第 8 行试图增加 <code>x</code> 的值，因此多个并发的协程试图访问 <code>x</code> 的值，这时就会发生竞态条件。  </p>
<p>由于 [playground] 具有确定性，竞态条件不会在 playground 发生，请在你的本地运行该程序。请在你的本地机器上多运行几次，可以发现由于竞态条件，每一次输出都不同。我其中遇到的几次输出有 <code>final value of x 941</code>、<code>final value of x 928</code>、<code>final value of x 922</code> 等。  </p>
<h2 id="使用-Mutex"><a href="#使用-Mutex" class="headerlink" title="使用 Mutex"></a>使用 Mutex</h2><p>在前面的程序里，我们创建了 1000 个 Go 协程。如果每个协程对 <code>x</code> 加 1，最终 <code>x</code> 期望的值应该是 1000。在本节，我们会在程序里使用 Mutex，修复竞态条件的问题。  </p>
<figure class="highlight go"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br><span class="line">4</span><br><span class="line">5</span><br><span class="line">6</span><br><span class="line">7</span><br><span class="line">8</span><br><span class="line">9</span><br><span class="line">10</span><br><span class="line">11</span><br><span class="line">12</span><br><span class="line">13</span><br><span class="line">14</span><br><span class="line">15</span><br><span class="line">16</span><br><span class="line">17</span><br><span class="line">18</span><br><span class="line">19</span><br><span class="line">20</span><br><span class="line">21</span><br><span class="line">22</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line"><span class="keyword">package</span> main  </span><br><span class="line"><span class="keyword">import</span> (  </span><br><span class="line">    <span class="string">"fmt"</span></span><br><span class="line">    <span class="string">"sync"</span></span><br><span class="line">    )</span><br><span class="line"><span class="keyword">var</span> x  = <span class="number">0</span>  </span><br><span class="line"><span class="function"><span class="keyword">func</span> <span class="title">increment</span><span class="params">(wg *sync.WaitGroup, m *sync.Mutex)</span></span> &#123;  </span><br><span class="line">    m.Lock()</span><br><span class="line">    x = x + <span class="number">1</span></span><br><span class="line">    m.Unlock()</span><br><span class="line">    wg.Done()   </span><br><span class="line">&#125;</span><br><span class="line"><span class="function"><span class="keyword">func</span> <span class="title">main</span><span class="params">()</span></span> &#123;  </span><br><span class="line">    <span class="keyword">var</span> w sync.WaitGroup</span><br><span class="line">    <span class="keyword">var</span> m sync.Mutex</span><br><span class="line">    <span class="keyword">for</span> i := <span class="number">0</span>; i &lt; <span class="number">1000</span>; i++ &#123;</span><br><span class="line">        w.Add(<span class="number">1</span>)        </span><br><span class="line">        <span class="keyword">go</span> increment(&amp;w, &amp;m)</span><br><span class="line">    &#125;</span><br><span class="line">    w.Wait()</span><br><span class="line">    fmt.Println(<span class="string">"final value of x"</span>, x)</span><br><span class="line">&#125;</span><br></pre></td></tr></table></figure>



<p>[Mutex]是一个结构体类型，我们在第 15 行创建了 <code>Mutex</code> 类型的变量 <code>m</code>，其值为零值。在上述程序里，我们修改了 <code>increment</code> 函数，将增加 <code>x</code> 的代码（<code>x = x + 1</code>）放置在 <code>m.Lock()</code> 和 <code>m.Unlock()</code>之间。现在这段代码不存在竞态条件了，因为任何时刻都只允许一个协程执行这段代码。  </p>
<p>于是如果运行该程序，会输出：  </p>
<figure class="highlight plain"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line">final value of x 1000</span><br></pre></td></tr></table></figure>

<p>在第 18 行，传递 Mutex 的地址很重要。如果传递的是 Mutex 的值，而非地址，那么每个协程都会得到 Mutex 的一份拷贝，竞态条件还是会发生。  </p>
<h2 id="使用信道处理竞态条件"><a href="#使用信道处理竞态条件" class="headerlink" title="使用信道处理竞态条件"></a>使用信道处理竞态条件</h2><p>我们还能用信道来处理竞态条件。看看是怎么做的。  </p>
<figure class="highlight go"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br><span class="line">4</span><br><span class="line">5</span><br><span class="line">6</span><br><span class="line">7</span><br><span class="line">8</span><br><span class="line">9</span><br><span class="line">10</span><br><span class="line">11</span><br><span class="line">12</span><br><span class="line">13</span><br><span class="line">14</span><br><span class="line">15</span><br><span class="line">16</span><br><span class="line">17</span><br><span class="line">18</span><br><span class="line">19</span><br><span class="line">20</span><br><span class="line">21</span><br><span class="line">22</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line"><span class="keyword">package</span> main  </span><br><span class="line"><span class="keyword">import</span> (  </span><br><span class="line">    <span class="string">"fmt"</span></span><br><span class="line">    <span class="string">"sync"</span></span><br><span class="line">    )</span><br><span class="line"><span class="keyword">var</span> x  = <span class="number">0</span>  </span><br><span class="line"><span class="function"><span class="keyword">func</span> <span class="title">increment</span><span class="params">(wg *sync.WaitGroup, ch <span class="keyword">chan</span> <span class="keyword">bool</span>)</span></span> &#123;  </span><br><span class="line">    ch &lt;- <span class="literal">true</span></span><br><span class="line">    x = x + <span class="number">1</span></span><br><span class="line">    &lt;- ch</span><br><span class="line">    wg.Done()   </span><br><span class="line">&#125;</span><br><span class="line"><span class="function"><span class="keyword">func</span> <span class="title">main</span><span class="params">()</span></span> &#123;  </span><br><span class="line">    <span class="keyword">var</span> w sync.WaitGroup</span><br><span class="line">    ch := <span class="built_in">make</span>(<span class="keyword">chan</span> <span class="keyword">bool</span>, <span class="number">1</span>)</span><br><span class="line">    <span class="keyword">for</span> i := <span class="number">0</span>; i &lt; <span class="number">1000</span>; i++ &#123;</span><br><span class="line">        w.Add(<span class="number">1</span>)        </span><br><span class="line">        <span class="keyword">go</span> increment(&amp;w, ch)</span><br><span class="line">    &#125;</span><br><span class="line">    w.Wait()</span><br><span class="line">    fmt.Println(<span class="string">"final value of x"</span>, x)</span><br><span class="line">&#125;</span><br></pre></td></tr></table></figure>

<p>在上述程序中，我们创建了容量为 1 的[缓冲信道]，并在第 18 行将它传入 <code>increment</code> 协程。该缓冲信道用于保证只有一个协程访问增加 <code>x</code> 的临界区。具体的实现方法是在 <code>x</code> 增加之前（第 8 行），传入 <code>true</code> 给缓冲信道。由于缓冲信道的容量为 1，所以任何其他协程试图写入该信道时，都会发生阻塞，直到 <code>x</code> 增加后，信道的值才会被读取（第 10 行）。实际上这就保证了只允许一个协程访问临界区。  </p>
<p>该程序也输出：  </p>
<figure class="highlight plain"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line">final value of x 1000</span><br></pre></td></tr></table></figure>

<h2 id="Mutex-vs-信道"><a href="#Mutex-vs-信道" class="headerlink" title="Mutex vs 信道"></a>Mutex vs 信道</h2><p>通过使用 Mutex  和信道，我们已经解决了竞态条件的问题。那么我们该选择使用哪一个？答案取决于你想要解决的问题。如果你想要解决的问题更适用于 Mutex，那么就用  Mutex。如果需要使用 Mutex，无须犹豫。而如果该问题更适用于信道，那就使用信道。:)  </p>
<p>由于信道是 Go 语言很酷的特性，大多数 Go 新手处理每个并发问题时，使用的都是信道。这是不对的。Go 给了你选择 Mutex 和信道的余地，选择其中之一都可以是正确的。  </p>
<p>总体说来，当 Go 协程需要与其他协程通信时，可以使用信道。而当只允许一个协程访问临界区时，可以使用 Mutex。  </p>
<p>就我们上面解决的问题而言，我更倾向于使用 Mutex，因为该问题并不需要协程间的通信。所以 Mutex 是很自然的选择。  </p>
<p>我的建议是去选择针对问题的工具，而别让问题去将就工具</p>
</section>
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  </div>
</aside>
  
  <!-- Catalog END -->
</main>

<script>
  (function () {
    var url = 'http://www.liuqingzheng.top/go/2-Go语言基础/25-Mutex/';
    var banner = ''
    if (banner !== '' && banner !== 'undefined' && banner !== 'null') {
      $('#article-banner').css({
        'background-image': 'url(' + banner + ')'
      })
    } else {
      $('#article-banner').geopattern(url)
    }
    $('.header').removeClass('fixed-header')

    // error image
    $(".markdown-content img").on('error', function() {
      $(this).attr('src', 'http://file.muyutech.com/error-img.png')
      $(this).css({
        'cursor': 'default'
      })
    })

    // zoom image
    $(".markdown-content img").on('click', function() {
      var src = $(this).attr('src')
      if (src !== 'http://file.muyutech.com/error-img.png') {
        var imageW = $(this).width()
        var imageH = $(this).height()

        var zoom = ($(window).width() * 0.95 / imageW).toFixed(2)
        zoom = zoom < 1 ? 1 : zoom
        zoom = zoom > 2 ? 2 : zoom
        var transY = (($(window).height() - imageH) / 2).toFixed(2)

        $('body').append('<div class="image-view-wrap"><div class="image-view-inner"><img src="'+ src +'" /></div></div>')
        $('.image-view-wrap').addClass('wrap-active')
        $('.image-view-wrap img').css({
          'width': `${imageW}`,
          'transform': `translate3d(0, ${transY}px, 0) scale3d(${zoom}, ${zoom}, 1)`
        })
        $('html').css('overflow', 'hidden')

        $('.image-view-wrap').on('click', function() {
          $(this).remove()
          $('html').attr('style', '')
        })
      }
    })
  })();
</script>


  <script>
    var qr = new QRious({
      element: document.getElementById('share-qrcode'),
      value: document.location.href
    });
  </script>



  <script>
    var gitmentConfig = "liuqingzheng";
    if (gitmentConfig !== 'undefined') {
      var gitment = new Gitment({
        id: "25-Mutex",
        owner: "liuqingzheng",
        repo: "FuckBlog",
        oauth: {
          client_id: "32a4076431cf39d0ecea",
          client_secret: "94484bd79b3346a949acb2fda3c8a76ce16990c6"
        },
        theme: {
          render(state, instance) {
            const container = document.createElement('div')
            container.lang = "en-US"
            container.className = 'gitment-container gitment-root-container'
            container.appendChild(instance.renderHeader(state, instance))
            container.appendChild(instance.renderEditor(state, instance))
            container.appendChild(instance.renderComments(state, instance))
            container.appendChild(instance.renderFooter(state, instance))
            return container;
          }
        }
      })
      gitment.render(document.getElementById('comments'))
    }
  </script>




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</div>
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<!-- 不蒜子统计 -->
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  </p>
</footer>

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  function async(u, c) {
    var d = document, t = 'script',
      o = d.createElement(t),
      s = d.getElementsByTagName(t)[0];
    o.src = u;
    if (c) { o.addEventListener('load', function (e) { c(null, e); }, false); }
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  }
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  async("//cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/fastclick/1.0.6/fastclick.min.js", function(){
    FastClick.attach(document.body);
  })
</script>

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  var hasLine = 'true';
  async("//cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/highlight.js/9.12.0/highlight.min.js", function(){
    $('figure pre').each(function(i, block) {
      var figure = $(this).parents('figure');
      if (hasLine === 'false') {
        figure.find('.gutter').hide();
      }
      var lang = figure.attr('class').split(' ')[1] || 'code';
      var codeHtml = $(this).html();
      var codeTag = document.createElement('code');
      codeTag.className = lang;
      codeTag.innerHTML = codeHtml;
      $(this).attr('class', '').empty().html(codeTag);
      figure.attr('data-lang', lang.toUpperCase());
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  })
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<!-- Baidu Tongji -->

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    var _baId = 'c5fd96eee1193585be191f318c3fa725';
    // Originial
    var _hmt = _hmt || [];
    (function() {
      var hm = document.createElement("script");
      hm.src = "//hm.baidu.com/hm.js?" + _baId;
      var s = document.getElementsByTagName("script")[0];
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      <input type="search" placeholder="站内搜索" id="local-search-input" class="local-search-input-cls" style="">
      <div id="local-search-result" class="local-search-result-cls"></div>
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</html>